海面是平的吗
人们通常认为，海面相当平坦，尽管海面有被风、海底地震等引起的种种波浪和潮汐引起的海面涨落。
随着测量技术的发展，特别是海洋卫星的发射升空，人们发现，甚至在风平浪静时，全球大洋各处海面也是坑坑洼洼的，有些区域海面凸出来，有些区域凹下去，两者之间最大可相差100多米。因为海面的凸凹不平是在1000千米以上的广泛范围内逐渐变化的，因此，航海者感觉不到海面凹凸不平。
目前已经发现，全球海洋表面有三个较大的隆起区域，一个在澳大利亚东北部海区，隆起高达76米；第二个区域在北大西洋，隆起高度是68米；另一个在非洲东南部，隆起区域高为48米。另外，还发现有三个较大凹陷区域，一个在印度半岛以南的印度洋上，凹陷深度是112米；另一个凹陷区域在加勒比海，凹陷深度为64米；还有一个区域在加利福尼亚以西，凹陷深度为56米。此外，在巴西沿海和佛德角群岛附近区域，也有隆起或凹陷15米左右的几个区域。
海平面有升有降
现在，人类正面临着海平面上升对人类的严重威胁。有人说，温室效应就是导致海平面上升的罪魁祸首。其实，问题远非如此简单。科学家们研究指出，迄今引起海平面变化的因素不下十多种。例如导致海水体积变化的就有大陆冰盖的增减、水圈体积的变化、大洋水温的变化和大气温度的变化等四种。而引起洋盆体积变化的则有岩石圈的分化作用、洋盆的干涸、大地水准面的变化等多种。
地质学家告诉我们，在地球的漫长发展历史中曾经有过7次特大的冰期，每次冰期都引起海平面大幅度下降，即大陆冰川体积的变化相应引起海平面的变化。
海洋作为一个开放系统不停地与地球内部存在的水分进行着循环与交流，由于现代地幔水陆续不断地渗入海中，而导致海平面正以每年1毫米的速度上涨。科学家计算，在距今6500万年的新生代以来，由于地球内部地幔水的加入，迄今实际上使海平面升高了65米。
海水的盐度、密度和温度对海平面的升降具有特殊的作用。据推算，如果全球海水的盐度从35降低到34.9，就足可使全球平均海平面上升1.9厘米；当全球海水的温度升高1℃，则海平面大约相应升高0.6厘米。由此可见，海水盐度、密度和温度虽然造成的效应较小，但它们毕竟是影响海平面的最基本因素。
海底扩张速率的变化将直接影响海平面的升降。当海底板块扩张速度加快时，洋中脊体积变大，结果使海水溢出正常的海岸线而侵入大陆内部，海平面升高；反之，当海底板块扩张速度变慢时，洋中脊即变冷收缩，海底下沉，海平面下降。科学家估计，海底板块扩张速度每变化10％、并持续1000万年时，则可产生20米海平面变化。
总之，引起海平面升降的因素很多，而且这些因素是相互联系、相互作用的，它们绝不是孤立的。
海洋与陆地的温差
海面和陆地比较起来，海洋就像饿极了的孩子似的，贪婪地吸收着太阳送来的热量，不愿把好不容易到来的太阳能量放弃掉；陆地就和海面不一样，它的胃口小，不能一下子吸收很多太阳辐射来的能量，剩下的就反射回空中去了。
既然海水吸热多，为什么海水会没有陆地热？
科学家经过研究，发现陆地是一种不能很好传热的固体，既不透明又不流动，太阳即使再厉害些，也晒不透它；因为不能很好地传热，晒了一整天，它所吸收的热量还只是集中在不到一毫米厚的表层内。而海上的情况就不同了。海水是半透明的，太阳光可以透射到水下一定的深度，也就是说，太阳的辐射能可以达到海水的一定深度之内。经过长期的观测计算，人们发现到达水面的太阳辐射能，大约有60％可以透射到1米的深度，有18％可以达到海面以下10米的深度，人们甚至在海面下100米深度的地方仍然发现有少量的太阳辐射能。而这些，在陆地上是不可能的。
海水吸热，不仅胃口大，而且还会把已经吸收的热量送到透射不到阳光的深层海水中贮存起来呢。
海洋是依靠海水的流动来输送热量的。比如说，海流就可以把赤道附近的热海水送到两极方向去，而两极方向的冷海水也可通过海流向温暖的地方流动；风浪则可以形成海水温度的上下交换。
当然，除了风浪，海水还有一种对流作用。这种对流作用是由于冷热海水的重量不同而形成的。就像冷空气重热空气轻一样，海水也是冷的重热的轻。于是，冷而重的海水就会自动下沉，暖而轻的海水会自动上升。有了这种对流作用，冬天的大海也不会很冷了，随着表层较冷的海水不断下沉，下层较暖的海水会自动升上来补充的。
海洋与全球二氧化碳平衡
目前，关于全球气候变暖的事实已为人们普遍接受。据研究，本世纪80年代气候变暖最为明显，近百年5次平均气温最高的年份均出现在这10年里。但是，有关气候变化的原因、趋势及其对全球生态环境的影响如何？目前存在着一些不同的认识。这些认识大致可以归为两种。
一种观点认为，全球气候变暖与“温室效益”（greenhouse effect）有直接关系。由于全球工业化进程的加速，向大气中排放的温室气体（包括二氧化碳、甲烷、氟里昂、氮氧化合物等）的含量迅速增长，阻挡了地面辐射热的散失，致使大气温度升高。根据近30多年来的观测结果，人们对大气中二氧化碳含量的时空变化已有所了解。据研究，在工业革命以前，大气中的二氧化碳含量的体积分数约为（270～290）×10-6，而现在大气中二氧化碳含量的体积分数已增加到340×10-6。
尽管世界各地上空的二氧化碳含量有所不同，但有两点则是共同的。一是，大气中二氧化碳含量在逐年增加，其年度变化率比较一致。二是，各地二氧化碳含量具有明显的季节变化。据科学家的研究表明，大气中二氧化碳含量的体积分数正在以每年0.8×10-6的速度增长。有人估计，按此速度在今后50年内大气中的二氧化碳的含量将比工业革命以前增加1倍，由此而引起的大气温度将升高1.5～3.0℃，地球气候将产生明显的变化。据政府间气候变化专业委员会的预测，如果人类对环境不采取任何保护措施，100年以后全球地面气温将增加4℃多，海平面每10年升高3～10cm，到21世纪末将升高0.3～1.0m。甚至有的科学家认为，今后50～200年内由于全球气温升高，南极西部冰的融化可能导致海平面上升5m，地球上可能出现像中生代那样的世界性的动物灭绝。尽管这些预测都有一定的根据，但又都是不确定的。人们现在可以肯定的是，大气中二氧化碳含量在迅速增加，气候在变暖，如果这个过程继续下去的话，地球气候无疑将发生明显的变化。
另一种观点认为，目前的气候变暖与“温室效应”并无直接的关系。它与地球上一个温和的冰后期一致，也许是19世纪末结束的“小冰期”的后果。也就是说，全球增温是地球气候循环中的自然现象。关于全球变暖的发展趋势，他们根据极地区域冰核中氧同位素资料，推测出地球气候的自然循环，认为目前地球气候处于自然冷却期，这将抵消二氧化碳的影响。还有人指出，地球上已知的化石燃料只够使用100～200年，人类不可能无休止地使用化石燃料；同时考虑到海洋、植被等对二氧化碳的吸收能力，全球二氧化碳循环将达到新的平衡。在这种情况下，今后地球生态环境会发生明显的变化，但不可能会招致毁灭性的灾难。但是，这种假说目前尚缺乏较多的证据，也无法否定全球增温与大气中二氧化碳含量增加相吻合的事实。因此，迄今多数科学家相信“温室效应”理论。但是，这个理论有一个关键问题还没有解决，这就是海洋在全球二氧化碳平衡中的作用问题，即海洋吸收、储存和转移大气中二氧化碳的能力有多大？海洋对大气中二氧化碳增加的反馈作用如何？等等。这是海洋与全球变化关系中的主要问题之一。
研究表明，大气中的二氧化碳通过海—气界面进入海洋，并通过海洋中各种化学的、物理的和生物的过程吸收、储存和转移。因此，海洋对大气中二氧化碳含量的变化起着重要作用。据初步估计，人类每年向大气中排放的二氧化碳，大约有一半进入海洋。海洋在吸收和储存二氧化碳方面，是通过化学和生物的作用，把大气中的二氧化碳转化为碳的化合物。
海水的二氧化碳化合物形态主要是碳酸（H2CO3），而海洋植物对二氧化碳的利用，以及碳酸钙、碳酸镁等的形成，都会直接影响海水中二氧化碳的含量。观测表明，二氧化碳在海洋中的垂直分布变化很大，海洋表层中二氧化碳的储存量占整个海洋中的二氧化碳含量的85％，而占海洋体积90％的中、深水层二氧化碳储存量仅占15％。这说明海洋中尚具有储存二氧化碳的巨大潜在容量。研究还表明，海洋中的二氧化碳与大气中的二氧化碳并不处于平衡状态，这与海洋的物理过程有关。例如，在北纬50°的大西洋，二氧化碳从大气进入海洋，那里的表层海水向北冰洋方向流动，水温迅速降低，二氧化碳在海水中的溶解度增加，海—气之间二氧化碳不平衡加剧，使大气中更多的二氧化碳进入海洋。而在赤道太平洋，由于深层冷水涌升到温度较高的海面，海水中二氧化碳出现过饱和，此时海洋便向大气释放二氧化碳。初步估计，海—气之间这种二氧化碳交换速率，大约每年每平方米为20mL二氧化碳。另外，据估算海洋储存二氧化碳的能力，仅溶解碳（不包括颗粒有机碳和无机碳）一项，大约为大气储存能力的56倍。
海洋对大气中二氧化碳的另一个重要影响，是碳的运输和转移在海洋二氧化碳分布和海—气之间交换速率所起的控制作用。它包括水平运输和垂直转移，主要取决于海洋环流、生物生产力和物理—化学过程。现已发现，其中生物过程的贡献尤为重要，特别是所谓的“生物泵”在垂直转移过程中发挥了重大作用，它促进了碳从海表层向深层的转移。研究表明，生物的初级生产主要限于真光层，浮游植物在那里进行光合作用吸收二氧化碳，并将其转化为颗粒态，即浮游植物细胞，然后通过食物链逐级转化为更大的颗粒。而在中层带则由浮游动物的活动所控制。因此，海洋碳的垂直转移主要依靠浮游动物的碎屑和粪粒来完成。另外，由于在光合作用的过程中同时有大量的产品以溶解有机碳的形式释放到海水中，它又可以被异养微生物利用转化为颗粒有机碳，所以溶解有机碳在化学过程中也起着不可忽视的作用。
研究还表明，海洋中碳酸盐（主要碳酸钙和碳酸镁）的形成和沉积是碳转移的另一个途径。碳酸钙和碳酸镁的表现溶度积与海水的温度、盐度、压强有关，但研究发现，温度和盐度并不是影响海水碳酸钙饱和度的主要因素，决定的因素是碳酸根。而影响碳酸盐浓度主要是海水中的二氧化碳浓度。
尽管目前关于海洋对大气中二氧化碳的作用研究已经取得了不少重要成果，但是还有许多的未知领域有待进一步探讨。因此，在全球变化研究中已经把它作为全球海洋通量研究的主题列入计划，以确定和深入了解在全球尺度海洋控制碳及其有关生源要素通量变化的过程，估计海洋与大气、海底和陆架界面间的交换量，进而为研究和预测长期气候变化服务。
海冰、冰盖对气候的影响
地球上的海冰和冰盖主要分布在两极和高纬度区域，它在维持气候和对气候变化的影响十分显著。
迄今的研究表明，海冰的变化主要通过与气温间的关系对局部地区的气象产生影响。区域性的海冰变化与天气尺度的大气变化有关联；在年际时间尺度和半球空间尺度上，大气与海冰变化之间有明显的相关性。近年来通过模拟和卫星资料推算的冰情证实，气旋活动与海冰范围减少有相互加强的倾向，即海冰密集度异常小时有利于气旋的形成。研究还表明，北大西洋风暴路径有随海冰边缘自北向南移动的趋势，在薄冰年份，西白令海气旋频度增大，在厚冰年份，东白令海气旋活动更为频繁。在南极区域，气旋路径的季节变化与海冰范围季节变化一致，气旋活动的年际变化与海冰范围的年际变化也很一致。
科学家曾经利用大气环流模式，对冰盖范围变动的气候效应进行试验研究，发现当北极冰盖完全消失时，大气出现统计上很显著的变化，主要造成纬向气流普遍减弱和高纬地区明显增暖；而南极冰的减少会使经向温度梯度减小，并使南纬25°以南地区西风强度减小。研究还表明，海冰面积异常总是伴随出现气候系统的其他部分的异常。人们还发现20世纪前30～40年中，北极海冰覆盖面积的普遍减小与同期的北极气温偏高相一致。